Giriş
Numunelerin şeklinin ve yüzeyinin etkisini dikkate alan yazılım modelleri, Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite (a), Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik (λ) ve özgül ısı kapasitesi (Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp) gibi termofiziksel özelliklerin (TPP) hassas bir şekilde belirlenmesi için giderek daha önemli hale gelmektedir. Bu nedenle, son yıllarda NETZSCH mevcut LFA (lazer parlama analizi) modellerini sürekli olarak iyileştirmeye ve darbe düzeltmesi, radyasyon, çok katmanlı sistemler, düzlem içi testler, taban çizgisi düzeltmeleri vb. ile birlikte ısı kaybını dikkate alan yeni hesaplama modelleri, düzeltmeler ve matematiksel işlemler geliştirmeye kendini adamıştır.
Bu uygulama notu McMasters [1] temelli Penetrasyon modelini sunmaktadır. Pürüzlü yüzeylere sahip malzemeler ve aşırı gözenekli malzemeler üzerindeki ölçümler için uygundur.
Gözenekli Malzemeler Bir Zorluktur - Ama Penetrasyon Modeli İçin Değil
Standart flaş ölçümlerinde, numunenin ön yüzü toplam enerjiyi emer. Daha sonra bir termal dalga arka yüze ulaşmadan önce numunenin kalınlığı boyunca ilerleyecektir (şekil 1). Gözenekli malzemeler için, NETZSCH şimdi aşağıdaki hususları içeren Penetrasyon modelini (şekil 2) tanıtmıştır:
- Darbe enerjisinin emilimi artık ön yüzle sınırlı değildir
- Absorpsiyon, numunenin kalınlığına ince bir tabaka boyunca yayılır
- Soğurma katmanları, malzeme içindeki ortalama serbest yol olarak ele alınabilir
Bu hususların dikkate alınması, numune içinde üstel olarak azalan bir başlangıç sıcaklık dağılımı ile sonuçlanır. Malzemenin gözenekliliğini hesaba katan bu yaklaşımın uygulanması, belirlenen Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite, Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik ve özgül ısı kapasitesi değerleri için gelişmiş doğruluk ve hassasiyetle sonuçlanır.
Ölçüm Koşulları
Penetrasyon modelinin uygunluğunu test etmek için, aynı tipte ancak farklı şekillerde yapılmış iki dolgulu polimer ölçülmüştür. Bir ölçüm, 0,5 mm çapında deliklerle kaplı bir yüzeye sahip bir numune üzerinde gerçekleştirilmiştir. Karşılaştırma amacıyla, pürüzsüz bir yüzeye sahip orijinal numune üzerinde ikinci bir ölçüm gerçekleştirilmiştir (Şekil 3). Termal difüzivite, oda sıcaklığında 12,7 mm kalınlığında ve 1,96 mm çapında numune boyutlarında belirlenmiştir.
Ölçüm Sonuçları
Şekil 4 ve 5'te sondaj delikli numune üzerinde yapılan ölçümler gösterilmektedir. Şekil 4'te, dedektör yükselme sinyalinin model uyumu (kırmızı eğri) Cowan'ın standart modeli kullanılarak elde edilmiştir [2]. Yeşil daire, uyum ve ölçüm eğrisi (mavi) arasındaki sapmaların alanını göstermektedir. Bu - açıkça yetersiz - model uyumu ile Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite 0,753 mm2/s olarak hesaplanmıştır. Penetrasyon modeline dayalı hesaplama, 0,626 mm2/s'lik bir Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite verir ki bu değer yaklaşık %17 daha düşüktür (Şekil 5).
Şekil 6, pürüzsüz yüzeyli orijinal dolgulu polimer disk üzerindeki ölçümden elde edilen dedektör sinyalinin yükselişini göstermektedir. Termal difüzivitenin belirlenmesi için burada standart Cowan modelinin kullanılması, delikli numune için Penetrasyon modeli ile elde edilen ölçüm sonuçlarının neredeyse aynısını verir (Şekil 5). Sapma yaklaşık %3'tür. Bu, Penetrasyon modeline dayalı Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite hesaplamasının doğru sonuçlar verdiğini kanıtlamaktadır.
Sonuç
Çeşitli classical modellerinin yanı sıra (örneğin, Cowan 5 /10, Parker, geliştirilmiş Cape-Lehman, vb.), NETZSCH LFA Proteus® yazılımı birçok farklı hesaplama modeli, düzeltme ve matematiksel işlem içerir. Penetrasyon modeli özellikle gözenekli malzemeler ve pürüzlü yüzeye sahip malzemeler için uygundur. LFA Proteus® yazılımının bu özel özelliği, ışık flaşının gerçek ısıtılmış yüzeyin ötesinde numuneye nüfuz etmesini içerir. Numunenin gözenekliliğini hesaba katar, bu da ışık flaşı enerjisinin çoğunun numunenin içinde birikmesine neden olur. Bu, Penetrasyon modelinin, darbe enerjisinin ince bir tabaka üzerinde numune kalınlığına emilimini dikkate aldığı anlamına gelir. Aynı numunenin çok farklı yüzey yapılarına (pürüzsüz ve gözenekli) sahip numuneleri üzerinde yapılan ölçümler, Penetrasyon modelinin doğruluğunu teyit etmektedir.